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负偏置温度不稳定性

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负偏置温度不稳定性（英语：Negative-bias temperature instability, NBTI）是影响金属氧化物半导体场效电晶体可靠性的一个重要问题，它主要表现为阈值电压的偏移。也被列入半导体元件中，可靠度分析的重要指标。NBTI 效应是CMOS电路中PMOS在Gate给相对负偏压作用下出现的一种退化现象。包含了(IG变大，Vth向负向移动swing变差，电导(Gm)和漏电(Id)变小。而随著元件尺寸的变小，NBTI所带来元件特性的漂移会造成产品失效。甚至在电路表现中，PMOS所带来NBTI的效应会比NMOS HCI热载子注入失效还要严重，影响电路的寿命。

  • NBTI的原理

半导体元件中，Si和SiO2的介面键结强度是造成NBTI好坏的主因，而Si-H键的不稳定，在元件操作中无论在高温或是高电流密度下造成Si-H键结的断裂，使的H元素游离，进而造成闸级电压的漂移。NBTI效应的产生过程主要涉及正电荷的产生和钝化，即介面的陷阱电荷(dangling bond)和氧化层固定正电荷(fixed charge in oxide layer)的产生以及过产生以及扩散物质过程 (氢气和水汽是引起NBTI的两种主要物质)

  • NBTI效应的影响

参考文献

  • Dieter K. Schroder and Jeff A. Babcock, “Negative bias temperature instability: Road to cross in deep submicron silicon semiconductor manufacturing”, Journal of applied Physics, vol. 94, pp. 1–18, July 2003.
  • M. Alam and S. Mahapatra, “A comprehensive model of PMOS NBTI degradation”, Microelectronics Reliability, vol. 45, no. 1, pp. 71–81, Jan. 2005.
  • D.K. Schroder, "Negative bias temperature instability: What do we understand?," Microelectronics Reliability, vol. 47, pp. 841–852, June 2007.
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